В надежде на создание новых методов лечения рака ученые в течение многих лет пытались понять особенности метаболизма онкологических клеток.

Установлено, что раковые клетки отличаются от нормальных по многим параметрам, следовательно онкологические заболевания можно рассматривать как болезни, приводящие к существенному нарушению обменных процессов на клеточном, тканевом и организменном уровнях. Поэтому при профилактике и терапии злокачественных опухолей необходимо больше внимания уделять коррекции обменных процессов в организме человека.

Группе отечественных ученых под руководством академика Владислава Ласкавого, удалось сделать прорыв в этом направлении. Был найден естественный клеточный метаболит, общий для человека и животных, который в раковых клетках снижает гликолиз, стимулирует митохондриальную активность и усиливает аэробный тип окисления. Это приводит, в свою очередь, к превращению онкологических клеток в нормальные, которые затем подвергаются апоптозу.

В данной статье предлагаются новые решения онкологических проблем с использованием естественного внутриклеточного метаболита - муравьиного альдегида.

Представлен анализ основных мировых достижений ученых в области биохимии, позволяющих по-новому подойти к решению проблемы профилактики и лечения онкологических заболеваний без нарушения гомеостаза. Проведенные собственные исследования и анализ литературных данных позволили авторам найти ключевой внутриклеточный метаболит - формальдегид (муравьиный альдегид), который может быть использован для естественной регуляции основных обменных процессов на клеточном, тканевом и организменном уровнях. Этим метаболитом является эндогенный формальдегид, концентрация которого увеличивается на 20-25% в соответствии с принципом Ле-Шателье Брауна за счет парэнтерального введения определенных низких концентраций раствора экзогенного формальдегида.

Следует отметить, что долгое время формальдегид считался токсичным веществом, вызывающим мутации в ДНК. Однако, в настоящее время доказано, что эндогенно образующийся формальдегид - важная сигнальная и регуляторная молекула.

Для синтеза нуклеотидов необходимы одноуглеродные элементы, основным "поставщиком" которых и является формальдегид. Он образуется во многих реакциях деметилирования, включая фолатный и метиониновый циклы. Окисление формальдегида в фолатном цикле - основной поставщик протонов для функционирования глутатионовой системы, контролирующей окислительно-восстановительный гомеостаз клетки. При его окислении образуется муравьиная кислота, играющая важную роль в физиологии клетки, включая поддержание внутриклеточного рН.

Формальдегид контролирует содержание аргинина, из которого синтезируются полиамины, регулирующие пролиферацию. Сцеплены метаболические пути формальдегида и оксида азота, который способен заблокировать электрон-транспортные цепи в митохондриях и активировать центральные ферменты гликолиза, а также фактор гипоксии HIF-1альфа.

Деление эмбриональных и стволовых клеток происходит в условиях гипоксии, но для раковых клеток характерен эффект Варбурга, когда пролиферация запускается в условиях нормоксии. При этом происходит активизация гликолиза и "отключение" электрон-транспортной цепи в митохондриях.

Механизм трансформации нормальной клетки в раковую до сих пор полностью не раскрыт. Авторам эмпирическим путем при анализе результатов собственных экспериментальных исследований, полученных на 27 разных линиях онкологических клеток (неопубликованные данные), удалось найти возможность трансформировать раковую клетку в нормальную, контролируя уровень естественного эндогенного формальдегида.

Среди множества патологий, которым подвержен человек, пожалуй, ни одна патология не вызывает такой тревоги, если не сказать, страха, как заболевание под названием рак. В мировом масштабе количество онкологических заболеваний неустанно растет и прочно занимает второе место после сердечно-сосудистых болезней, что делает проблему рака одной из приоритетных для современной медицины.

При этом, нельзя не отметить тот факт, что достижения науки значительно расширяют возможности решения главных вопросов в онкологии. Пристальное внимание ученых к этой проблеме способствует появлению новых идей, новых путей их реализации. Именно поэтому диагноз "рак" уже не звучит как окончательный, не подлежащий обжалованию приговор. Значительно увеличивается реальная возможность сохранения жизни пациентам, страдающим данным недугом, при этом имея определенную и небезосновательную надежду на восстановление и сохранение качества их жизни.

Современная медицина использует для лечения онкозаболеваний множество различных методов. Это диктуется тем условием, что злокачественные новообразования вариабельны по структуре, по возрасту, по особенностям обмена веществ в клетке, по скорости развития, по месту нахождения в организме и по множеству другим значащим факторам, количество которых с развитием знаний в данной области науки, неустанно растет.

Так, например, терапия злокачественных новообразований осложняется тем, что для опухолей характерна их неоднородность и гетерогенность. Различные клетки одной и той же опухоли будут по-разному реагировать на действие физических, химических и биологических факторов. Термин "гетерогенность опухоли" подразумевает существование ряда различий клеток в самой опухоли, клеток первичной опухоли и метастазов, клеток отдельных метастазов одной опухоли [48]. В 1977 году авторитетный журнал "Cancer Research" не принял к печати статью, авторы которой, получив и охарактеризовав четыре субпопуляции опухолевых клеток (ОК) из одной спонтанной опухоли молочной железы мыши, утверждали, что эти данные служат доказательством гетерогенности опухоли, и что такая гетерогенность является общим феноменом. Редакция отвергла статью, указав, что моноклональность опухолей - общеизвестный факт [35].

В настоящее время показано, что для большинства опухолей характерна вариабельность многих морфологических и функциональных показателей. Плейоморфизм ОК затрагивает фенотипические, генетические и эпигенетические признаки. При прогрессии опухоли ее клетки претерпевают ряд изменений [35, 51]. Остаются открытыми фундаментальные вопросы о причинах и механизмах формирования гетерогенности опухолей, о значимости этого феномена для развития опухолевого процесса. Гетерогенность ОК требует дальнейшего изучения и со стороны клинической онкологии - для совершенствования методов диагностики и лечения.

Различают следующие формы гетерогенности опухолей: межопухолевая - разные (первично множественные) опухоли в одном органе могут иметь различный фенотип; внутриопухолевая - каждая отдельная опухоль состоит из фенотипически и функционально гетерогенных ОК [51].

Неоднородность присуща как собственно ОК, так и клеточным и неклеточным компонентам опухолевого микроокружения. Гетерогенность наблюдается и в паренхиме, и в строме опухоли. ОК одного новообразования могут отличаться морфологически (по степени дифференцировки, размерам, форме, количеству ядер, цитохимическим особенностям, кариотипу и т.д.) и функционально (по морфогенетическим реакциям, уровню пролиферации, взаимодействию клетка-клетка, подвижности, инвазивности, склонности к метастазированию, чувствительности к индукторам апоптоза, химиотерапевтическим агентам и иммунотерапии). Описана гетерогенность ОК по составу и антигенности клеточных мембран; по спектру маркеров клеточной поверхности, включая рецепторы ростовых факторов; по активности сигнальных путей, регулирующих пролиферацию, клеточный цикл, репарацию ДНК, апоптоз, функциональный ответ клеток на изменения условий внешней (внеклеточной) среды [35, 46, 50, 51].

Кроме того, клетки одной опухоли могут находиться в условиях различного парциального давления кислорода. Гипоксия опухоли представляет собой серьезную проблему для лучевой терапии, так как радиочувствительность ОК жестко лимитирована величиной р02 в опухоли ниже 25-30 миллиметров ртутного столба. Различие в радиочувствительности между оксигенированными и гипоксическими клетками выражается коэффициентом кислородного усиления (соотношение доз облучения, вызывающих одинаковый уровень клеточной гибели при гипоксических и аэробных условиях) [42]. Для клеток млекопитающих этот коэффициент составляет обычно 2,5-3,0.

В основе кислородного эффекта лежит способность кислорода влиять на повреждения, вызванные облучением, прежде всего, в молекуле ДНК. Кислород - главная электронакцепторная молекула в клетке, которая практически мгновенно реагирует с неспаренными электронами свободных радикалов, образующихся при облучении, "фиксируя" повреждения в биомолекулах. В отсутствие же кислорода многие из таких повреждений могут репарироваться.

Этот момент является весьма значимым для остановки развития быстроделящихся ОК поскольку, в данном аспекте рассмотрения вопроса, процесс усиленного синтеза нуклеиновых кислот в раковой клетке является наиболее уязвимым.

При повышенной экспрессии онкогенов, повышении активности РНК- и ДНК-полимераз, а также других ферментов, отвечающих за метаболизм нуклеиновых кислот на фоне уменьшения содержания гистонов и белков-супрессоров синтеза ДНК, существенно меняется и содержание других внутриклеточных метаболитов и ферментов.

Это позволяет говорить о том, что биохимия ОК в целом значительно отличается от биохимии нормальной клетки организма человека. И эти отличия касаются не только вопросов её деления.

Так, в ОК регистрируется атипизм углеводного обмена, который проявляется усилением потребления глюкозы [20] и использованием промежуточных продуктов гликолиза для синтеза липидов и макромолекул. При этом кратно возрастает активность гликолиза. Для ОК характерно снижение доли аэробного окисления в ресинтезе АТФ до 10- 50% по сравнению с 80-85% у нормальных клеток. Этот эффект был открыт Отто Варбургом еще в 1924 году [52] Дело в том, что при нормоксии в физиологических условиях в ОК снижается потребление кислорода, возрастает поступление в клетки глюкозы и продукция лактата, что приводит к локальному ацидозу. Этот эффект является по сути аэробным гликолизом, когда "отключены" потребление кислорода в электрон-транспортной цепи митохондрий и синтез АТФ (окислительное фосфорилирование). В митохондрию не поступает ацетат, так как ингибирована пируватдегидрогеназа, обеспечивающая ацетатом цикл Кребса. В ОК стабилизируется фактор гипоксии HIF-1альфа, который усиливает экспрессию гликолитических ферментов, ферментов, участвующих в синтезе нуклеиновых кислот и фосфолипидов, а также трансмембранного транспортера глюкозы Глюта1 и лактатдегидрогеназы (синтез лактата из пирувата) [37].

Такой тип метаболизма, когда анаэробное окисление глюкозы превалирует над окислительным фосфорилированием характерен также для эмбриональных клеток. Однако эмбриональные клетки пролиферируют в условиях гипоксии (5-10% кислорода) [39], тогда как эффект Варбурга проявляется при нормоксии (20% кислорода). Остается по-прежнему невыясненным вопрос, как ОК снабжаются энергией для интенсивной пролиферации, коль скоро отсутствует потребление кислорода и производство АТФ в электрон-транспортной цепи митохондрий. На роль акцептора электронов при гипоксии может претендовать сера, образующаяся в реакциях транссульфурации, интенсифицирующихся в ОК.

Глюкоза перенаправляется также в пентозофосфатный цикл, где усиливается синтез рибозы - необходимого компонента нуклеотидов. Также увеличивается производство серина из промежуточного продукта гликолиза и пентозофосфатого пути, глицеральдегид-3-фосфата. Серин -аминокислота, дающая одновременно одноуглеродные элементы и глицин для синтеза пуриновых нуклеотидов. Серин синтезируется ферментами гликолиза с участием другой аминокислоты - глутамата [38].

Предполагают, что жирные кислоты, необходимые для синтеза фосфолипидов мембран, раковые клетки получают из глутамата: глутамат отдает аминогруппу для синтеза серина, а из образовавшегося альфа-кетоглутарата синтезируется цитрат, исходный субстрат для продукции жирных кислот [43].

ОК увеличивают потребление не только глутамата, но и еще одной аминокислоты, аргинина. Аргинин является исходным субстратом для синтеза полиаминов (спермин, спермидин, путресцеин) - внутриклеточных регуляторов пролиферации. Полиамины участвуют в инвазии и метастазировании опухоли. Метилированные аргинины - регуляторы функции редокс-системы и важные источники ФА [47].

Ингибируется еще один фермент гликолиза -триозофосфатизомераза, что повышает выход фосфатидной кислоты для синтеза фосфолипидов, основных компонентов клеточных мембран. Для их синтеза необходимы жирные кислоты. В условиях, когда ацетат не образуется из пирувата и его производство лимитировано, возникает дефицит исходного субстрата для синтеза жирных кислот и холестерина. Внутриклеточный синтез жирных кислот из глутамата не может обеспечить потребности быстро растущей опухоли: жирные кислоты начинают поступать в клетку извне. Усиливается липолиз в жировой ткани, что сопровождается снижением массы тела (катехсия). В ОК изменяется сигнальная система и межклеточные контакты. В сигнальных путях задействованы сфингомелины. В ОК активируется синтез сфингозина из серина и пальмитиновой кислоты.

Указанные отличия опухолевых клеток от нормальных сопровождаются существенной интенсификацией анаболизма, значительным повышением устойчивости ОК к гипогликемии и гипоксии, что увеличивает их выживаемость.

В опухолях также отмечено преобладание биосинтеза белка над его распадом, в то время как в здоровых тканях распад белка превалирует над его синтезом (азотистый баланс организма в целом является отрицательным).

Особое значение для патогенеза опухоли имеет то, что в перерожденных клетках происходят глубокие нарушения в обмене кейлонов - биологически активных веществ, оказывающих прямое влияние на процессы клеточного деления. Кейлоны - тканеспецифичные гормоны- белки или пептиды местного действия различной молекулярной массы и являются одними из самых мощных, хотя и не единственными, регуляторами клеточной пролиферации. Кейлоны имеют высокую тканевую (но не видовую) специфичность.

Клеточный цикл, как известно, включает 4 фазы: подготовку клетки к синтезу ДНК, синтез клеточной ДНК, подготовку к митозу, митоз. Кейлоны влияют на фазу подготовки клетки к синтезу ДНК и на фазу подготовки к митозу. Прерывая клеточный цикл в этих фазах, кейлоны приводят клетку в состояние "митотического покоя": клетка перестает делиться. Антимитотическое действие кейлонов, предположительно, связано с активацией репрессора митоза, белка, блокирующего синтез м-РНК. В отсутствии кейлона этот белок неактивен, м-РНК синтезируется нормально, и происходит митоз. Если же кейлон активирует репрессор, то клетка перестает делиться. Дело в том, что молекула белка-репрессора не может проникнуть через ядерную мембрану, а в соединении с молекулой кейлона проникает. Вероятно, опухолевый рост в какой-то степени связан с нарушениями функционирования системы кейлонов. Установлено, что введение в организм, пораженный раком, экзогенных кейлонов тормозит рост опухоли. Причем в опухолевых клетках выработка кейлонов не нарушена, но их содержание тем не менее значительно снижено, в то время как в крови, оттекающей от опухоли, концентрация кейлонов очень высока. По-видимому, кейлоны слабее фиксируются в опухолевой клетке и свободнее выходят через измененные мембраны.

Вышеперечисленные особенности жизнедеятельности ОК позволяют предположить возможность коррекции метаболических процессов, происходящих внутри клетки, с учетом имеющихся знаний и наработок в данной области.

Так, лечение опухолей введением экзогенных кейлонов, хотя и возможно, но весьма затруднено в связи с тем, что клетки синтезируют их в крайне малых количествах. Даже с учетом видовой неспецифичности кейлонов получение их в промышленных масштабах на сегодняшний день нереально, а искусственный синтез кейлонов в тех же масштабах пока не налажен [22].

Можно предполагать, что изменение энергетического обмена ОК, приближение его к метаболизму нормальных клеток могло бы способствовать реэволюции опухолевых клеток в нормальные. Эффект, вероятно, будет тем выше, чем менее выражены отличия опухолевых клеток от нормальных. И этот момент, с вероятной пользой, можно использовать для остановки опухолевого процесса.

В современной онкологии акцент поставлен на более радикальные методы борьбы с раком, в силу особенностей течения данного заболевания

Большинство методов лечения рака, которыми располагает современная медицина, можно отнести к трем основным группам: хирургические методы лечения, облучение (радиотерапия) и различные виды химиотерапии.

Хирургическое лечение онкологических заболеваний состоит в оперативном удалении первичной опухоли вместе с окружающими ее тканями. Это позволяет предотвратить распространение раковых клеток по организму. Еще сравнительно недавно проводилась тотальная резекция пораженного органа, но сегодня, когда врачам доступна информация о локализации и размерах опухоли, о степени поражения органов и тканей, возможны щадящие, малотравматичные операции, особенно при своевременно поставленном диагнозе.

Если операцию нельзя проводить по жизненным показаниям (опухоль находится в недоступном для хирурга месте, или ее удаление сопряжено с высоким риском для пациента), применяют радиохирургию и лучевую терапию. При этом раковые клетки уничтожаются с помощью рентгеновских лучей.

Радиохирургия подразумевает однократное воздействие на клетки опухоли ионизирующим излучением высокой мощности.

Принцип лучевой терапии, в отличие от радиохирургии, состоит в неоднократном воздействии на раковые клетки. Метод применяется не только вместо операции, но также до и после операций, и может комбинироваться с другими методами лечения. Лучевая терапия оказывает на клетки повреждающее воздействие, нарушая внутриклеточные процессы и фазы клеточного цикла. Метод применяется для лечения около 60% случаев рака, особенно карцином.

Вместе с тем, лучевая терапия небезопасна. Ионизирующее излучение - одно из уникальных явлений окружающей среды, последствия от воздействия которого на организм, на первый взгляд, совершенно неэквивалентны величине поглощаемой энергии [10]. Действительно, летальная доза для млекопитающих составляет 10 Гр (1000 рад), поглощаемая же при этом тканями и органами животных энергия могла бы повысить их температуру лишь на тысячные доли градуса. Непосредственные нарушения химических связей в биомолекулах, возникающие в результате облучения, ничтожны. Вместе с тем известно, что ни одна из субклеточных структур in vitro не является столь радиочувствительной, как вся клетка in vivo. В настоящее время выдвигаются гипотезы о существовании цепных автокаталитических реакций, усиливающих первичное действие, а также о наличии в клетках положительных обратных связей, поддерживающихся независимо от существования породившей их причины.

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом клетки, в результате чего образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, является первым этапом развития лучевого поражения. Ионизированные и возбужденные атомы и молекулы в течение нескольких микросекунд взаимодействуют между собой и с различными молекулами, порождая активные центры (свободные радикалы, ионы и др.). В это же время возможны разрывы связей в молекулах за счет прямого или опосредованного взаимодействия с ионизирующим излучением. В дальнейшем развиваются реакции химически активных веществ с различными биологическими структурами, при которых отмечаются как деструкция, так и образование новых, несвойственных облучаемому организму соединений.

Последующие этапы развития лучевого поражения проявляются в нарушениях обмена веществ.

Дальнейшее развитие радиационного поражения молекулярных структур и наиболее радиочувствительных надмолекулярных образований сводятся к изменениям белков, липидов и углеводов. Так, например, облучение растворов белков приводит к конформационным изменениям и агрегации молекул за счет образования дисульфидных мостиков, а также к деструкции, связанной с разрывом пептидных и иных связей. При облучении целостного организма в первую очередь изменяется содержание свободных аминокислот в тканях. К числу наиболее радиочувствительных процессов в клетке относится окислительное фосфорилирование. Нарушение этого процесса отмечается уже через несколько десятков минут после облучения дозой 1 Гр.

Высокой радиочувствительностью обладают нуклеопротеиды. Уже через несколько минут после облучения происходят высвобождение ДНК из дезоксинуклеопротеида и одновременное накопление нуклеиновых кислот в цитоплазме облученных клеток. Предполагается, что в этом случае в первую очередь поражаются связи белок-белок и белок-ДНК.

Следует отметить, что облучение простых сахаров значительными дозами приводит к их окислению и распаду, в результате чего образуются органические кислоты и формальдегид.

Другой широко применяемый метод лечения рака это - химиотерапия. Химиотерапия - группа постоянно совершенствующихся методов лечения рака путем воздействия на клетки опухоли химическими соединениями. Как правило, химиотерапия довольно тяжело переносится больными из-за токсического действия лекарств на все системы органов. Химиотерапия может назначаться до или после операций, лучевой терапии; может комбинироваться с другими методами лечения. Основным недостатком химиотерапии является воздействие токсинов на здоровые клетки, что приводит к необходимости длительного периода реабилитации.

Существуют и другие методы лечения рака. Один из них - гормональная терапия. Метод применяется при лечении гормон-чувствительных опухолей (рак простаты, молочной железы и др.). При этом блокируется поступление к раковым клеткам гормональных сигналов, стимулирующих деление. Метод позволяет снизить вероятность рецидивов гормон-чувствительных опухолей на 50%.

Относительно новый метод лечения онкологических заболеваний -биологическая терапия. Принцип метода - задействовать для борьбы с опухолью иммунную систему организма. При использовании этого метода лечения применяются антитела и специфические ингибиторы, замедляющие процессы деления и роста раковых клеток, а также вакцины и иммуномодуляторы, стимулирующие собственные защитные силы организма.

К методам борьбы с раком относится также радиочастотная абляция, при которой раковые клетки уничтожаются с помощью высокой температуры. Этот метод может применяться для лечения колоректального рака, рака печени, легких, почек. В опухоль под контролем томографа вводится зонд, нагревающийся затем до 42-46° С, что влечет некроз ОК. Также с помощью специального зонда может проводиться и криотерапия, при которой раковые клетки замораживаются.

Широко распространено мнение, что возникновение злокачественных новообразований - результат ошибок иммунной системы. Считается, что раковые клетки в здоровом организме возникают ежедневно, но вовремя распознаются иммунной системой и уничтожаются. При ослаблении иммунной защиты возможно возникновение опухоли. При этом широко распространенные методы лечения рака (лучевая терапия, химиотерапия) еще более снижают показатели иммунитета. Собственно противоопухолевый иммунитет имеет свои особенности, связанные с низкой иммуногенностью раковых клеток [19].

Механизм противоопухолевого иммунитета до сих пор слабо изучен. Считается, что основную роль в нем играют активированные макрофаги, определенное значение имеют также NK-клетки. Защитная функция гуморального иммунитета при раке во многом спорна - специфические антитела могут экранировать антигены опухолевых клеток, не вызывая их цитолиза.

Между состоянием иммунной защиты и развитием новообразований существует тесная связь. Злокачественные новообразования наблюдаются чаще у индивидуумов с иммунодефицитами и престарелых (в связи с понижением активности иммунной системы). Иммуносупрессивная химиотерапия также нередко сопровождается пролиферативными процессами. Поэтому в лечении опухолей нашли применение иммуномодуляторы (интерлейкины, интерфероны), а также адъюванты (мурамилдипептиды, вакцина БЦЖ и др.).

К настоящему моменту охарактеризовано множество опухоль-ассоциированных антигенов. Однако не все опухоли содержат специфические маркерные антигены, равно как и не все маркеры обладают строгой тканевой специфичностью. В большинстве случаев опухоль-ассоциированные антигены представляют собой продукты экспрессии генов, в норме включающихся в эмбриональном периоде. Они являются слабыми иммуногенами, хотя в отдельных случаях могут индуцировать реакцию цитотоксических Т- лимфоцитов (Т-киллеров) и распознаваться в составе молекул МНС (HLA) I класса. Специфические антитела к опухоль-ассоциированным антигенам не угнетают рост опухолей.

В число опухоль-ассоциированных антигенов входят группа раково-эмбриональных антигенов, продукты онкогенов, некоторые вирусные антигены и гиперэкспрессируемые нормальные белки. Слабому иммунологическому распознаванию опухолевых клеток способствуют отсутствие воспалительной реакции в месте онкогенеза, иммуносупрессивная активность ОК - биосинтез ряда негативных цитокинов.

Реакция опухолевых клеток на противоопухолевые воздействия в значительной степени зависит от их метаболического микроокружения. Одним из наиболее важных факторов, которые во многом играют определяющую роль в этом процессе, является гипоксия - неотъемлемый признак солидных новообразований. Многими авторами показано снижение терапевтической эффективности облучения, ряда химиотерапевтических препаратов и даже хирургического вмешательства у больных с гипоксическими опухолями.

"Пионерские" работы L.H. Gray и его коллег, выполненные в середине XX века, продемонстрировали универсальность радиорезистентности, вызванной гипоксией, и представили возможные механизмы этого феномена [49]. Было установлено, что гипоксия обусловливает резистентность к радиации различных клеток и тканей, причем наличие кислорода во время облучения влияет именно на радиочувствительность клеток, а не на какие-либо метаболические пути, как предполагалось ранее. "Кислородный эффект" проявляется на различных уровнях организации материи - от ферментов в растворах, бактерий и дрожжей до клеток растений и млекопитающих.

R.H. Thomlinson и L.H. Gray на гистологических срезах опухолей человека показали, что в опухолевой ткани имеет место постоянное расстояние между кровеносными сосудами и участками некроза [49]. Это расстояние (обычно 100-150 мкм) соответствует глубине диффузии кислорода из капилляров к клеткам. Авторы предположили, что живые гипоксические (и поэтому радиорезистентные) клетки, будут прилегать к некротическим участкам в опухоли. Эта теория получила подтверждение с помощью различных методов визуализации гипоксических клеток в опухолях грызунов и человека.

Одним из новых направлений в лечении онкологических заболеваний можно рассматривать возможность использования препаратов, так называемых естественных метаболитов - веществ химической природы, которые постоянно вырабатываются в организме человека в незначительных количествах и проявляют довольно высокую ресурсность в плане коррекции метаболических процессов в нормальных клетках и, соответственно при дополнительном введении их, в раковых.

Так, С.В. Комиссаренко с соавт. (2010) изучал в опытах in vitro на тимоцитах влияние формальдегида (муравьиного альдегида), который как раз и является естественным метаболитом, его возможных доноров (тиопролин, формиат, уротропин) и акцептора (димедон) на индуцированную азидотимидином гибель клеток. Оказалось, что формальдегид и тиопролин (в меньшей степени формиат и уротропин) в малых, нетоксичных для клеток концентрациях проявляют существенное цитопротекторное действие, которое снимается димедоном [31].

Формальдегид (ФА), как уже отмечено, относится к естественным метаболитам здоровых клеток. Его образование происходит при окислении многих органических веществ, содержащих метальную группу у гетероатома, чаще всего, азота. ФА образуется при окислительном деметилировании N-метил-производных аминокислот, при окислении моно-, ди- и триметиламина, диметилглицина, саркозина. В качестве гетероатома может выступать и кислород. Так, образование ФА происходит при окислении 4-метоксибензоата под действием фермента О-деметилирующей 4-метоксибензоатмонооксигеназы, при окислении карбинола с участием алкогольдегидрогеназы и оксидазы первичных неразветвленных алифатических спиртов. Кроме того, формальдегид является побочным продуктом в реакциях, катализируемых некоторыми альдолазами (триметиламинооксидальдолазой, диметиланилин-N-оксидальдолазой, кето- тетрозофосфатальдолазой) [4].

Основные реакции в ОК, приводящие к высвобождению ФА, - это спонтанный распад тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК) и ее одно-углеродного производного 5,10-метилентетрагидрофолата (5,10-СН2-ТГФК [33, 40].

Исходным субстратом для образования производных ТГФК является серин, который отдает свою метильную группу. Эта реакция в раковых клетках протекает преимущественно в митохондрии с участием митохондриаьной изоформы фермента серингидроксиметилтрансферазы 2. Экспрессия этого фермента контролируется HIF-1 альфа. Последовательное окисление производных ТГФК - основной источник протонов, которые акцептирует и переносит НАДФН. НАДФН восстанавливает глутатион, который в свою очередь является биологически активным трипептидом, мощным антиоксидантом, сопровождающим синтез белка, восстановленная форма которого защищает SH-группы белков от окисления, выступает кофактором некоторых редуктаз и т.д Таким образом, ФА, регулируя содержание глутатиона в ОК, существенным образом влияет на синтез белка.

ФА может непосредственно связываться с ТГФК, образуя 5,10-СН2-ТГФК и участвовать в синтезе пуринов. Также он метилирует аргинины. Метиларгинины, в свою очередь, являются ингибиторами синтазы оксида азота. Оксид азота блокирует фермент цитохромоксидазу с (Комплекс 4 электрон-транспортной цепи), снижая потребление кислорода, что и является, по-видимому, причиной эффекта Варбурга. Он стабилизирует HIF-1 альфа, контролируя экспрессию гликолитических ферментов (36). Оксид азота непосредственно связывается с белками, содержащими железо и медь, а также цистеин в активном центре. S-нитрозирование белков (взаимодействие оксида азота с цистеином) приводит к их инактивации. Связывается оксид азота и с глутатионом, выводя его из реакций, в которых он участвует.

Муравьиный альдегид в высоких концентрациях токсичен для клеток. Его элиминация из клетки протекает тремя альтернативными путями: ФА связывается с D-ксилулозо-5-фосфатом и с гидроксипируватом при участии фермента формальдегидтранскетолазы. Кроме того, в клетке формальдегид может окисляться до формиата или восстанавливаться до карбинола [8, 29]. Формиат взаимодействует с ТГФК и участвует в синтезе пуринов.

Окисление до формиата - основной путь освобождения клетки от формальдегида. Формиат образуется из ФА в трех основных реакциях: под действием формальдегидтранскетолазы, формальдегиддисмутазы и с участием глутатиона [13].

ФА связывается с глутатионом спонтанно без участия ферментов и конкурирует с оксидом азота. Последняя реакция заслуживает особого внимания, поскольку глутатионовая система отличается высокой емкостью, быстротой реагирования, многофункциональностью. Изменения в работе оксидоредуктазной системы клетки неизбежно влияют на весь метаболизм [30].

Глутатион представляет собой трипептид Глу-Цис-Гли, синтезируется в клетках из соответствующих аминокислот и является важнейшим компонентом системы, контролирующей синтез нуклеиновых кислот и белков, транспорт аминокислот, восстановление/окисление рабочих форм клеточных оксидоредуктаз [13, 14]. Глутатион участвует в репарации повреждений ДНК, в синтезе простагландинов. В организме поддерживается постоянный баланс внутри- и внеклеточного глутатиона [14]. И этот баланс как раз и зависит от концентрации внутриклеточного ФА.

Продолжение по источнику